Новый метод нанесения титановых защитных покрытий: дешевле, надежнее, безопаснее

В Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) впервые в мире прошли успешные эксперименты по электронно-лучевой наплавке защитных покрытий низкоэнергетичным электронным пучком, выведенным в атмосферу. Ученым удалось осуществить наплавку карбида титана — материала, отличающегося особыми прочностными характеристиками — на легированную сталь, совместив в рамках одного технологического процесса синтез и наплавку порошковых материалов. Результаты эксперимента представлены в статье, опубликованной в MATEC Web of Conferences.

  • В своих экспериментах мы использовали доступный по цене оксид титана, на который воздействовали электронным пучком и инициировали реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Полученный таким образом карбид титана этим же электронным пучком вплавлялся в поверхность подложки. В результате было получено равномерное покрытие, характеризующееся высокими показателями микротвердости (11,3 ГПа) и высокой степенью адгезии, - прокомментировал результаты эксперимента профессор кафедры физики ТУСУР Николай Ремпе.

Уникальная установка для вывода электронного пучка в атмосферу была создана в ТУСУР в 2016 году в рамках реализации совместного проекта с ООО «СИГМА.Томск». Она состоит из пушки с плазменным эмиттером, установленной на промышленном роботе-манипуляторе, системы вывода пучка в атмосферу, а также откачной и высоковольтной систем, смонтированной в специальном модуле. В настоящее время в России вневакуумные электронно-лучевые технологии разрабатываются только в Институте ядерной физики СО РАН (Новосибирск) с использованием промышленных ускорителей. Мощность электронного пучка подобной установки измеряется в мегаэлектронвольтах, следствием чего является высокий уровень рентгеновского излучения. При этом сами установки отличаются большими габаритами и требуют специальной и дорогостоящей инфраструктуры для работы, что существенно ограничивает их применение в промышленности.

В мировой практике разработки электронно-лучевого оборудования на основе плазменных эмиттеров ведутся, однако достигнутые параметры не позволяют использовать их даже в вакууме. Вневакуумные технологии наплавки электронными пучками с энергией порядка сотен киловольт в мире не разрабатываются.

Технология вывода низкоэнергетичных электронных пучков в атмосферу, разработанная в ТУСУР, позволяет в десятки раз удешевить оборудование и сократить время на выполнение сложных технологических операций — установка работает на более низких энергиях, что упрощает оборудование, снижает его стоимость, позволяет более простыми и дешевыми способами защитить персонал от рентгеновского излучения. Отсутствие вакуумной камеры удешевляет и ускоряет технологический процесс, а также практически снимает ограничения по размеру обрабатываемых деталей. Новыми потребителями такого оборудования станут предприятия тяжелого машиностроения, автомобилестроения, судостроения и других отраслей, которые традиционно не рассматривали использование электронно-лучевого оборудования в связи с ограничениями вакуумного процесса. Отсутствие таких ограничение позволит использовать электронный луч для сварки мостовых ферм, частей силового набора кораблей, и других применений где сейчас используется лазерная или плазменная сварка.

Основными потенциальными партнерами по внедрению разработанного оборудования являются как традиционные производители электронно-лучевого оборудования, такие как ПАО «Электромеханика» (г. Ржев), НИТИ Прогресс (Ижевск), так и интеграторы производственных технологических решений на базе роботов KUKA, ABB и других производителей.